[发明专利]一种基于正交矢量调制的超宽带五位有源移相器

说明书

技术领域

本发明属于有源移相器技术领域，涉及一种基于正交矢量调制的超宽带五位有源移相器。

背景技术

移相器在雷达、通信、仪器仪表、重离子加速器、导弹姿态控制等众多技术领域都有着广泛的应用。移相器是一种二端口网络，是直流偏置作为控制信号的电路，主要使输入和输出信号之间产生相位差。不论是数字移相器还是模拟移相器，其基本功能均是借助直流偏置作为控制信号来改变待处理信号的传输相位，因此电控移相器是所有相控阵雷达的关键部件之一。通过移相器最主要的特征—移相器的控制方式，移相器可以划分为模拟移相器和数字移相器。模拟移相器根据实际需要，通过控制信号相应的连续变化使得相移连续改变，这种移相器的特点该以概括为相移连续可调；数字移相器与模拟移相器最为根本的差别在于，其移相只能按照预定的离散值进行变化，即其相移是量化了的、相位只能阶跃变化，本发明的移相器步进相移为11.25。移相器的主要想能指标有：(1)工作频带；(2)移相量；(3)移相精度；(4)出入损耗；(5)输入驻波比；(6)承受功率。传统的数字移相器主要分为开关线型移相器、负载线性移相器、高低痛型移相器和发射型移相器，这些结构主要是通过无源网络实现移相的，无源网络不仅有插入损耗，而且还占用较大的面积，不利于集成。本发明的移相器是通过有源移相网络实现的，具有一定的增益，而且占用面积小，利于集成。微波波段数字移相器现在大多采用的是GaAs工艺，GaAs材料价格昂贵，特别是当无源元件(如滤波器、双工器、天线)占用大量面积时，其成本更高。相对其它半导体材料而言，硅具有廉价丰富、易于生长大尺寸、高纯度的晶体及热性能与机械性能优良等优点。然而几十年来微波集成电路一直使用价值昂贵的GaAs或InP作衬底材料，并为此发展了一套全新的加工工艺和逻辑设计方法。这是因为硅若作为微波电路的衬底，传统上认为它有两个明显的缺陷：一是电子技术发展所依赖的两种重要晶体管硅BJT和MOSFET的工作速度太低，达不到微波电路的频谱要求；二是常用硅的电阻率太小(1-100Ωcm)，将引起过高的介质损耗，使硅衬底微波传输线与无源元件的衰减比GaAs衬底平均高出一个数量级，不能投入实际使用。最近几年，随着频率高达100GHz的硅二极管与SiGeHBT的研制成功，以及发现通过在硅衬底与信号导体之间加入多层薄膜绝缘介质可以降低标准硅传输线的损耗，证明了硅完全适合于取代GaAs或InP用作微波集成电路的衬底。本发明的移相器采用的是BiCMOS工艺，具有低成本的优点。

传统的数字移相器移相网络主要是采用无源网络，利用开关管改变输入和输出之间的无源网络来改变移相值。由于无源网络没有增益，具有一定的插入损耗，此外无源网络中的无源器件在电路中占据较大面积，不利于集成。本发明的移相网络是利用有源器件实现的，具有一定增益，而且有源器件占用面积比无源器件小的多，大大减小了移相器的面积，有利于高度集成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于正交矢量调制的超宽带五位有源移相器，解决了现有的移相器插入损耗大、占用面积大的问题。

本发明所采用的技术方案是包括正交信号发生器，模拟加法器，DAC和逻辑编码器；

其中，输入信号经过正交信号发生器后形成两路正交的差分信号I路信号和Q路信号；

正交信号发生器将I路信号和Q路信号输出给模拟加法器，模拟加法器由I路相位象限控制器、Q路相位象限控制器、I路压控增益放大器、Q路压控增益放大器和加法器组成；其中I路信号经过I路相位象限控制器、I路压控增益放大器后到达加法器的一端，Q路信号经过Q路相位象限控制器、Q路压控增益放大器后到达加法器的另路一端；加法器把两路信号相加后从输出端输出；

逻辑编码器主要完成对外部输入的五位数字控制信号的编码，它的输出用来控制DAC、I路相位象限控制器和Q路相位象限控制器；

DAC把从逻辑编码器输入的数字信号转换成模拟信号，转换后的模拟信号用来控制I路压控增益放大器和Q路压控增益放大器和加法器。